汤河水库无线视频监控管理系统建设

杨润龙

（辽宁省汤河水库管理局，辽宁辽阳111000）

汤河水库无线视频监控管理系统建设

杨润龙

（辽宁省汤河水库管理局，辽宁辽阳111000）

汤河水库是一座以防洪、供水为主，兼顾灌溉、养鱼、发电等综合利用的大Ⅱ型水利枢纽工程。文章对水库库区无线视频监控系统进行了设想，依据设计原则阐述了设计思路和设计方案，对各节点视频发射端设备连接方式、监控中心设备连接方式及网络拓扑等方面进行了说明，并对工程所能产生的效益进行了分析。

库区；无线；视频监控；汤河水库

1 概 况

汤河水库位于辽阳市弓长岭区汤河乡境内的干流上，是一座以防洪、供水为主，兼顾灌溉、养鱼、发电等综合利用的大Ⅱ型水利枢纽工程。总控制面积1 228 km2。按百年一遇洪水设计，按可能最大降雨复核。总库容7.23亿m3。兴利库容3.7亿m3，防洪库容3.74亿m3。主要枢纽建筑物由大坝、溢洪道、泄洪洞、水电站四部分组成。

汤河水库工程建设经历了1958年6月至1959年10月的兴建期，1968年10月至1969年12月续建期和1978年3月至1983年12月的保坝加固期。保坝加固后，工程质量良好，是太子河流域主要控制性工程之一，它与观音阁水库、参窝水库联合调度运用，已基本解除了太子河水患问题。

2 无线视频建设的必要性及任务

2.1 必要性

汤河水库有着大坝、溢洪道、泄洪洞等极为重要的水利枢纽工程，在肩负着防洪这个艰巨任务的同时，还负责供给鞍山、辽化、辽阳、弓矿四地用水。所以，确保工程正常运行、保护库区水质是工作中的重中之重，再加上近几年来，由于在经济利益的驱使下，库区窃鱼现象时有发生，非法采砂、私自耕种水淹地、垂钓及旅游造成水资源污染等行为屡禁不止，水库虽然采取了一定的措施，并取得了良好效果，但由于其控制流域面积较大，人员、经费相对短缺，尚未形成一种长效机制，所以急需构建一种全方位、智能化的监控系统，对库区重点部位进行实时图像监控。

2.2 任 务

2.2.1 视频监控系统的选择

由于汤河水库的控制流域面积较大、地形复杂等原因，实现有线的监控管理难度很大，所以建议采用无线视频监控系统。

随着无线技术的日益发展，无线网络的应用越来越被各行各业所接受。无线监控作为无线网络的一个特殊使用方式也逐渐被广大用户看好。其安装方便、灵活性强、性价比高等特性使得更多行业的监控系统采用无线监控的方式，建立被监控点和监控中心之间的连接。无线监控技术已经在现代化小区、交通、运输、水利、航运、治安、消防等领域得到了广泛的应用。

无线监控是无线网络发展至今最为广泛的应用之一。在通常情况下，被监控点和中央控制中心相距较远且位置较分散，利用传统布线的方式不但成本非常高，而且一旦遇到河流山脉等障碍时，有线网络更是束手无策。此时，无线监控无可比拟的优势就体现了出来，利用无线网桥技术，可以将多个被监测点与中央控制中心连接起来，且搭建迅速，可以在最短的时间内迅速建立起无线网络链路。在条件许可的情况下，利用无线网桥最远可以支持50 km以上的桥接。IEEE802.11b/g/a的无线网络产品支持11、22/54 Mbps及更高的网络带宽，完全能够保证采用H.264视频采集压缩格式的网络视频流稳定可靠地进行传输，达到无线视频监控的目的，实现远程无线网络监控，并能够将录像资料存储到计算机的硬盘上，方便回放检索录像文件。无线视频监控系统发展了很多年，也有很多系统供我们选择，其中主流的系统有无线红外传输、微波传输、无线网桥传输、3G网络传输。

下面就4个系统分别做一下简单介绍

1）无线红外传输系统

无线红外传输具有抗干扰性强、系统稳定、造价低廉等优点。缺点体现到传输距离短最高达到500～800 m。

2）微波传输系统

微波传输具有传输距离长、抗干扰性强等优点。缺点体现到需要很大的基站来提供中继、占地面积较大、需要功率较大的电源、以及前期投入的费用较大。

3）无线网桥传输系统

无线网桥传输具有抗干扰性强、系统稳定、可扩展性强、等优点。缺点体现到传输距离适中、前期投入适中无特殊的不足。

4）3G网络传输系统

3G网络传输具有抗干扰性强、系统稳定、传输距离远等优点。缺点体现到需要运营商在网络上支持并且后期每年都要投入不小的网络支持费用。

基于以上各个系统的特性及汤河水库的实际情况，建议选择无线网桥传输系统。

其中摄像机的选用为：1 km的可视距离，内部配备红外灯，自带夜视功能，使用寿命为6年左右，相比之下，普通的摄像机需后配红外灯，自身无夜视功能，可视距离短，使用寿命为2年左右，易损坏，所以建议采用前者。

此种摄像机采用黑白低照度加电动变焦镜头来完成，其性能为1/2寸CCD成像系统，最低照度为0.0003LUX星光级。

供电方式采用太阳能供电来解决流域内无法提供电源的问题。

2.2.2 拟建地点的选择

建议在汤河水库库区周边重点部位布设监控点，例如：整个坝体、溢洪道及泄洪洞闸门处、鞍山、辽化、辽阳、弓矿取水口处、引兰入汤及引细入汤引水口处、非法占地区域、窃鱼分子频繁出现地带、非法采砂开矿地带、非法耕种水淹地严重地带、库区周边游人及钓鱼者频繁出现地带等等。初步考虑，大概需要安装40个监控点。

3 工程设计原则

1）先进性：当前各项信息技术发展迅速，新的设备和技术标准不断涌现并趋于成熟。坚持高起点，选用先进的技术标准和设备，将应用系统的技术水平定位在一个较高的层次上，以满足现时以及未来发展的需要。

2）可靠性：系统设计的全过程，让可靠性设计的理念贯穿始终。一方面要选择可靠性高的设备和部件；另一个方面，系统的拓扑结构设计中也应该有可靠性设计理念。即当系统中某个节点的设备由于各种意外而出现通信中断的情况下，整体系统的其余部分的运行仍然能够保证正常。

3）标准化：系统的任务是由多个子系统协同工作达成的。作为其中重要环节的信号无线传输子系统，设计上遵循标准化的原则。也就是说，采用国际标准，以保证网络系统中各个子系统的互联，为信息的互通和应用的互操作创造有利的条件。

4）成熟性：采用成熟的技术和装备，使系统的整体技术风险最小化。

5）安全性：网络系统必须具有数据加密能力和接入密钥安全措施。

6）数据完整性：网络系统要有措施保证数据传输的完整，拥有极低的误码率。

7）可扩充性：系统总体结构应具有兼容性和可扩展性。网络系统结构要能够灵活的扩充，满足用户对网络功能需求的不断增长。这样可以让用户在未来以较小的代价，通过产品升级，采用新的技术来扩充现有网络系统的功能，有效地保护用户的投资。

8）经济实用性：系统设计的经济实用性和易于操作性，易于管理和维护，易于用户掌握和学习使用。采用的技术和设备具有最优的性能价格比。

4 工程设计思路

1）经过分析系统需求，认为选择IEEE802.11a/b/g国际标准为基础的宽带无线网络技术与产品实现系统需求是最佳的方案。

2）系统设备全部架设在野外，要求设备必须能有出色的低温工作特性以及IP68以上的环境防护等级。

3）系统中需要传输多路信号，需要保证足够的带宽，系统中骨干链路采用具有最高达108 Mbps带宽的电信级设备。

4）为保证网络的安全运行，整个系统的供电可能会采用独立的供电体系，比如采用太阳能供电方式，故设备必须要能支持直流供电。同时能适应太阳能供电的电压不稳定的特点。

5）为保证系统的稳定工作，设备必须具有很强的抗电磁干扰能力。机壳以及接头的屏蔽必须良好。同时系统应该具有避雷特性。

6）系统使用统一管理软件，在中心机房对分布广泛的众多设备进行集中统一管理，及时发现问题并迅速解决，降低维护和运行成本。

基于以上多方面的分析，方案中选用的无线网络设备是KX8211系列电信级无线网桥。这个系列的产品基于5.8 G免费用国际标准，具有最大108 Mbps带宽，全防尘防水密封屏蔽设计，高稳定性、免维护，支持直流供电。同时该系列还有双射频设备，可以在提供高带宽网络连接的同时，提供无线接入通道，方便巡检使用。

5 设计方案

由于没有现场流域的分布情况，以下的方案设计都是模拟现场环境得出的，实际方案的提出应根据现场环境做调整。

每个节点各设置7路图像，每个节点内部的图像都通过有线方式汇聚到一起，节点到信息中心之间的传输采用无线的传输方式。

5.1 各节点视频发射端设备连接

方案中各个监控点选用Commsen高带宽的无线网络传输设备。监控点的网桥配以一面高增益定向天线朝向的无线基站，每个无线网桥都有一个RJ45网络接口，可以通过网线和视频服务器或者其他的无线设备连接。

5.2 监控中心设备连接

各个监控中心设备选用Commsen高带宽的无线网络传输设备。监控点的网桥配以一面高增益定向天线（或者扇区天线）通过点对多点的方式接收来自发射端的视频和数据，每个无线网桥都有一个RJ45网络接口，可以通过网线和监控中心监控显示、存储设备连接。

5.3 网络拓扑

首先，每7个视频点汇聚到7个视频点的中间点上；其次，每个汇聚点再汇聚到下一个汇聚点上，如图1所示。

图1 网络拓扑图

6 工程效益分析

6.1 库区执法方面

无线视频监控系统建好后将对库区实现实时监控，对库区发生的非法行为（非法占地、非法耕种水淹地、非法采砂、非法开矿等）可以第一时间发现，并使非法行为可在短时间内得以控制及解决，可以很大程度上缓解水库库区执法人员紧缺现状，同时也可以明显提高护库执法的工作效率。

6.2渔业资源保护方面

由于水库库区流域面积比较大，周边居民比较多，库区渔业资源看护人员短缺，水库每年都会损失大量的鱼资源，造成了较大的经济损失，所以急需寻求一种极为有效的解决办法，无线视频监控系统的构建正解决了此问题，可以对丢鱼频繁地带进行实时监控，及时对窃鱼分子进行抓捕。

6.3 库区水质保护方面

汤河水库主要供给鞍山、辽化、辽阳、弓矿四地用水，库区水质的好坏直接影响四地居民的生活，同时也会牵连到水库的经济收入，甚至会影响到水库的发展前景，所以库区的水质保护工作尤为重要，无线视频监控系统的构建可以实现库区的全面、实时监控，一旦出现破坏库区水质的行为，将会在第一时间制止，高效率的完成库区水质保护工作，进而，库区将会长时间保证良好的水质，确保水库的可持续发展。

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